Hasta aquí se ha aprendido que existen partículas eléctricas que pueden moverse a través de materiales conductores y que éstas pueden adquirir energía potencial, como en el ejemplo de la montaña rusa. Ahora imaginemos la montaña rusa completa, es decir, con una cima principal, algunos rizos, una salida y una llegada: un recorrido cerrado, esto es, un circuito. [Véase simulación en cd: "Interruptores serie y paralelo".]
De manera intuitiva se pueden imaginar muchas partículas cargadas moviéndose juntas y formando un flujo, como el torrente de un río. Si se define una cantidad que llamaremos corriente, como la cantidad de carga q por cada unidad de tiempo, entonces:
Esta corriente fluye por un material conductor (metal) y, como se vio, para que exista esta corriente se requiere de una diferencia de potencial en el circuito. A principios del siglo XIX, el científico George Ohm (1789-1854) descubrió que la corriente en los metales es proporcional a esta diferencia de potencial, a la que llamó voltaje.
Adicionalmente descubrió que la constante de proporcionalidad es una propiedad del conductor, a la que llamó resistencia. Se puede interpretar como la oposición al flujo de corriente, enunciando así la ley que lleva su nombre:
En el Sistema Internacional, las unidades para el voltaje V son los volts, y las unidades de la corriente I son los amperes. Entonces, las unidades de la resistencia R serán volts/amperes.
A esta unidad se le denomina ohm, en honor a su descubridor. En la vida cotidiana nos encontramos con una gran cantidad de aplicaciones en el diseño de aparatos eléctricos, esto es, combinando en un circuito diferentes elementos, como pilas, resistencias, capacitores, transistores, etc., en diferentes arreglos. Por ahora sólo se hablará de pilas y resistencias conectadas en serie y en paralelo, como se puede ver en la figura 7 (p. 70).
Se llama "resistencia" a los dispositivos conductores con un valor característico de R en la ley de Ohm y se representa por una línea en zigzag, en la figura por R1, R2 y R3.
De la ley de Ohm, la resistencia equivalente en el circuito, que es una cantidad que representa la contribución de todas las resistencias involucradas, está dada por:
En un circuito con resistencias conectadas en serie circula la misma corriente; entonces, como se vio anteriormente, el voltaje total será V = V1 + V2 + V3, así que:
Entonces, cuando las resistencias están conectadas en serie, la resistencia equivalente será igual a la suma de cada resistencia, es decir:
Cuando se tienen resistencias conectadas en paralelo, la corriente total que circula es la suma de las corrientes que fluyen por cada resistencia. Imaginemos la tubería de una casa, donde hay una toma principal de la cual se derivan varias tuberías más pequeñas para el lavabo, la regadera, el fregadero. Entonces:
Pero como la pila es la misma, el voltaje será igual, por lo que:
Así, cuando las resistencias están conectadas en paralelo, el inverso de la resistencia equivalente es la suma del inverso de cada resistencia. De modo que:
entonces se pueden simplificar circuitos complicados dividiéndolos en combinaciones de circuitos sencillos conectados en serie y en paralelo, como se puede ver en la figura 8.
Otro elemento que se puede estudiar es el capacitor, el cual no es más que un arreglo de dos placas conductoras paralelas separadas por un aislante (generalmente plástico); entonces, si cada placa se carga eléctricamente con carga opuesta, las partículas cargadas se atraerán unas con otras, por lo que se quedarán almacenadas en las placas tratando de acercarse, hasta que exista algún medio por el cual se conecten eléctricamente ambas placas.
Un circuito muy conocido es el llamado circuito RC, donde se combina una resistencia R con un capacitor C, como se observa en la figura 9. Al cerrar el interruptor, se carga el capacitor; se puede imaginar como un tanque que se llena de agua; al abrir nuevamente el interruptor, la resistencia actuará como un tubo con un diámetro pequeño por el cual se vacía el tanque más lentamente de lo que se llenó.
